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在探讨以太坊（ETH）挖矿的奥秘时，一个无法回避的关键词便是DAG，它不仅是以太坊PoW（工作量证明）共识机制的核心组成部分，更直接影响着矿工的挖矿效率和硬件选择，本文将深入浅出地解析什么是DAG,它在ETH挖矿中扮演的角色以及其带来的影响。
什么是DAG？
DAG，全称为“有向无环图”（Directed Acyclic Graph），是一种数据结构，与传统的线性链表（如比特币的区块链）不同，DAG允许数据节点之间存在多个前驱和后继关系，但同时又确保图中不存在任何环路,即无法从一个节点出发经过若干边后又回到该节点。
在以太坊的语境下，DAG并非指整个以太坊网络的状态，而是特指用于Ethash挖矿算法中的“数据集”（Dataset），这个数据集是一个巨大的、伪随机生成的DAG结构，它会随着以太坊网络的进展而不断“增长”。
DAG在ETH挖矿中的核心作用
DAG在ETH挖矿中的主要作用是抵抗ASIC（专用集成电路）矿机，维护以太坊网络的去中心化特性,其工作原理与Ethash挖矿算法紧密相关：
- Ethash算法：Ethash是以太坊采用的PoW算法，它要求矿工在进行哈希运算时，不仅要访问一个相对较小的“缓存”（Cache），还要访问一个巨大的“数据集”（DAG）。
- 缓存与数据集的关系：
- 缓存（Cache）：大小约为几GB，相对于数据集较小，并且更新频率较低（每个epoch，即约30,000个区块，更新一次），缓存可以完全加载到矿机的显存（VRAM）中。
- 数据集（DAG）：这是DAG的主体，其大小会随着时间的推移而线性增长，每个epoch（约4-5天），DAG的大小会增加约8GB，在以太坊合并前，DAG大小已经增长到超过500GB,并且还在持续增加。
- 挖矿过程：矿工在尝试找到一个满足难度要求的nonce值时，需要频繁地从DAG中读取数据，由于DAG体积庞大，无法全部放入显存，矿机需要根据缓存中的信息,动态地从DAG的特定部分读取数据到显存进行处理。
DAG如何影响挖矿和硬件选择？
DAG的设计直接决定了ETH挖矿对硬件的要求，尤其是显存（VRAM）：
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显存（VRAM）大小是关键：
- 由于Ethash算法要求矿机能够访问整个DAG，因此矿机的显存必须大于或等于当前epoch的DAG大小，如果显存不足，矿机将无法加载DAG的必要部分,从而无法进行有效的挖矿。
- 这也是为什么随着DAG的增长，一些显存较小的显卡（如4GB显存的显卡）逐渐被淘汰,因为它们无法容纳日益增大的DAG文件。
- 当DAG大小达到4GB时，4GB显存的显卡（由于系统占用，实际可用显存不足4GB）就无法再挖矿，同理，当DAG接近或超过8GB时,8GB显存的显卡也会面临淘汰风险。
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抵制ASIC，促进GPU挖矿：
- DAG的巨大体积和需要频繁随机访问的特性，使得为它设计专门的ASIC芯片变得非常困难和昂贵，ASIC虽然在特定哈希算法上效率极高，但面对需要大量内存带宽和容量的DAG,其优势会被大大削弱。
- 相比之下，GPU（图形处理器）拥有大量的并行计算单元和相对较大的显存，更适合处理这种需要大规模内存访问的挖矿任务，DAG的存在有效地保护了以太坊挖矿对GPU的依赖，从而维持了挖矿的去中心化程度,让更多普通用户能够参与其中。
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DAG的增长与挖矿生命周期：
- 以太坊网络设计了DAG的线性增长机制，这意味着未来DAG会越来越大，这虽然在一定程度上增加了新矿工的入门门槛（需要购买显存更大的显卡），但也延长了现有高端显卡的挖矿生命周期,只要其显存能够容纳未来的DAG。
- 矿工在选择挖矿显卡时,必须考虑其显存大小是否能满足未来一段时间内DAG的增长预期。
DAG的未来：从PoW到PoS的演变
值得注意的是，以太坊已经通过“合并”（The Merge）从PoW共识机制转向了PoS（权益证明）机制，在PoS模式下,不再需要传统的GPU挖矿和DAG。
- PoS中的DAG：在PoS时代，DAG仍然存在，但其作用和形式发生了变化，它不再用于挖矿，而是与以太坊的另一个重要升级“分片”（Sharding）相关，用于处理跨分片交易和验证者之间的数据可用性检查等，此时的DAG规模增长速度也与PoW时期不同,且对普通用户的影响不再直接体现为硬件挖矿要求。
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